關(guān)于渦流電磁阻尼和電磁驅(qū)的優(yōu)秀課堂教案

　　一、教材分析

　　本節(jié)是選學(xué)內(nèi)容，它是又一種特殊的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在實際中有許多應(yīng)用。可根據(jù)各校的實際情況或選講，或指導(dǎo)學(xué)生閱讀。渦流和自感現(xiàn)象以及許多現(xiàn)象一樣，都有利弊兩個方面。教學(xué)中應(yīng)充分應(yīng)用這些實例，培養(yǎng)學(xué)生全面認(rèn)識和對待事物的科學(xué)態(tài)度。

　　二、學(xué)情分析

　　學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電路的基本常識以及電磁感應(yīng)的相關(guān)規(guī)律，學(xué)會判斷回路是否會產(chǎn)生感應(yīng)電流以及感應(yīng)電流的方向，而且還掌握了感應(yīng)電動勢的大小與什么因素有關(guān)。即已經(jīng)學(xué)會對自感現(xiàn)象的分析，但頭腦中沒有渦流這個概念而已，也沒有意識到渦流現(xiàn)象，線圈本身也會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。學(xué)習(xí)中對渦流現(xiàn)象的解釋以及分析是學(xué)生遇到的最大挑戰(zhàn)。

　　三、教學(xué)目標(biāo)

　　（一）知識與技能

　　1．知道渦流是如何產(chǎn)生的。

　　2．知道渦流對我們有不利和有利的兩方面，以及如何利用和防止。

　　3．知道電磁阻尼和電磁驅(qū)動。

　　（二）過程與方法

　　培養(yǎng)學(xué)生客觀、全面地認(rèn)識事物的科學(xué)態(tài)度。

　　（三）情感、態(tài)度與價值觀

　　培養(yǎng)學(xué)生用辯證唯物主義的觀點認(rèn)識問題。

　　四、重點、難點

　　教學(xué)重點：

　　1．渦流的概念及其應(yīng)用。

　　2．電磁阻尼和電磁驅(qū)動的實例分析。

　　教學(xué)難點：

　　電磁阻尼和電磁驅(qū)動的實例分析。

　　五、教學(xué)手段與策略

　　通過演示實驗，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、分析實驗

　　六、教學(xué)用具：

　　電機、變壓器鐵芯、演示渦流生熱裝置（可拆變壓器）、電磁阻尼演示裝置（示教電流表、微安表、彈簧、條形磁鐵），電磁驅(qū)動演示裝置（U形磁鐵、能繞軸轉(zhuǎn)動的鋁框）。

　　七、課時安排 ： 1課時

　　八、教學(xué)過程

　　（一）引入新課

　　教師：出示電動機、變壓器鐵芯，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)觀察其鐵芯有什么特點？

　　學(xué)生：它們的鐵芯都不是整塊金屬，而是由許多薄片疊合而成的。

　　教師：為什么要這樣做呢？用一個整塊的金屬做鐵心不是更省事兒？學(xué)習(xí)了渦流的知識，同學(xué)們就會知道其中的奧秘。

　　（二）進行新課

　　1、渦流

　　教師：［演示1］渦流生熱實驗。

　　在可拆變壓器的一字鐵下面加一塊厚約2 mm的鐵板，鐵板垂直于鐵芯里磁感線的方向。在原線圈接交流電。幾分鐘后，讓學(xué)生摸摸鐵芯和鐵板，比較它們的溫度，給全班同學(xué)。

　　學(xué)生：鐵板的溫度比鐵芯高。

　　教師：為什么鐵芯和鐵板會發(fā)熱呢？原來在鐵芯和鐵板中有渦流產(chǎn)生。安排學(xué)生閱讀教材，了解什么叫渦流？

　　學(xué)生：當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時，這個線圈附近的導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流看起來很像水的旋渦，所以叫做渦流。

　　師生共同活動：分析渦流的產(chǎn)生過程。

　　分析：如圖所示，線圈接入反復(fù)變化的電流，某段時間內(nèi)，若電流變大，則其磁場變強，根據(jù)麥克斯韋理論，變化的磁場激發(fā)出感生電場。導(dǎo)體可以看作是由許多閉合線圈組成的，在感生電場作用下，這些線圈中產(chǎn)生了感生電動勢，從而產(chǎn)生渦旋狀的感應(yīng)電流。由于導(dǎo)體存在電阻，當(dāng)電流在導(dǎo)體中流動時，就會產(chǎn)生電熱，這就是渦流的熱效應(yīng)。

　　教師：課件演示，渦流的產(chǎn)生過程，增強學(xué)生的感性認(rèn)識。

　　教師：為什么鐵板的溫度比鐵芯高？

　　學(xué)生：因為鐵板中的渦流很強，會產(chǎn)生大量的熱。而鐵芯中的渦流被限制在狹窄的薄片之內(nèi)，回路的電阻很大，渦流大為減弱，渦流產(chǎn)生的熱量也減少。

　　教師：同學(xué)們明白了為什么鐵芯用薄片疊合而成了嗎？

　　學(xué)生：為了減少渦流損失的電能，同時也保護鐵芯不被燒壞。

　　教師：下面大家閱讀教材，了解一下渦流在生產(chǎn)、生活、科技等方面的應(yīng)用。

　　2、電磁阻尼

　　教師：下面我們看教材30頁上的“思考與討論”，分組討論，然后發(fā)表自己的見解。

　　學(xué)生：閱讀教材后，發(fā)表自己的看法。

　　師生共同活動，得出電磁阻尼的概念：

　　導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的'作用，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。

　　教師：［演示2］電磁阻尼。

　　按照教材“做一做”中敘述的內(nèi)容，演示電表指針在偏轉(zhuǎn)過程中受到的電磁阻尼現(xiàn)象。

　　學(xué)生觀察現(xiàn)象并解釋現(xiàn)象。

　　［演示3］如圖所示，彈簧下端懸掛一根磁鐵，將磁鐵托起到某高度后釋放，磁鐵能振動較長時間才停下來。如果在磁鐵下端放一固定線圈，磁鐵會很快停下來。上述現(xiàn)象說明了什么？

　　學(xué)生：觀察現(xiàn)象并作出分析。

　　當(dāng)磁鐵穿過固定的閉合線圈時，在閉合線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場會阻礙磁鐵和線圈靠近或離開，也就是磁鐵振動時除了空氣阻力外，還有線圈的磁場力作為阻力，安培阻力較相對較大，因而磁鐵會很快停下來。

　　3、電磁驅(qū)動

　　教師：感應(yīng)電流不僅會對導(dǎo)體產(chǎn)生阻尼作用，有時還會產(chǎn)生驅(qū)動作用。

　　［演示4］電磁驅(qū)動。

　　演示教材31頁的演示實驗。引導(dǎo)學(xué)生觀察并解釋實驗現(xiàn)象。

　　師生共同活動，得出電磁驅(qū)動的概念：

　　磁場相對于導(dǎo)體運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來，這種現(xiàn)象稱為電磁驅(qū)動。

　　教師：交流感應(yīng)電動機就是應(yīng)用電磁驅(qū)動的原理工作的。簡要介紹交流感應(yīng)電動機的工作過程。

　　（三）課堂、點評

　　教師活動：讓學(xué)生概括本節(jié)的內(nèi)容。請一個同學(xué)到黑板上總結(jié)，其他同學(xué)在筆記本上總結(jié)，然后請同學(xué)評價黑板上的小結(jié)內(nèi)容。

　　學(xué)生活動：認(rèn)真總結(jié)概括本節(jié)內(nèi)容，并把自己這節(jié)課的寫下來、比較黑板上的小結(jié)和自己的小結(jié)，看誰的更好，好在什么地方。

　　點評：總結(jié)課堂內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生概括總結(jié)能力。

　　教師要放開，讓學(xué)生自己總結(jié)所學(xué)內(nèi)容，允許內(nèi)容的順序不同，從而構(gòu)建他們自己的知識框架。

　　（四）實例探究

　　渦流的應(yīng)用

　　【例1】如圖所示是高頻焊接原理示意圖．線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過焊縫產(chǎn)生大量熱量，將金屬融化，把工件焊接在一起，而工件其他部分發(fā)熱很少，以下說法正確的是（ ）

　　A．電流變化的頻率越高，焊縫處的溫度升高的越快

　　B．電流變化的頻率越低，焊縫處的溫度升高的越快

　　C．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻小

　　D．工件上只有焊縫處溫度升的很高是因為焊縫處的電阻大

　　解析：線圈中通以高頻變化的電流時，待焊接的金屬工件中就產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的大小與感應(yīng)電動勢有關(guān)，電流變化的頻率越高，電流變化的越快，感應(yīng)電動勢就越大。A選項正確。工件上焊縫處的電阻大，電流產(chǎn)生的熱量就多，D選項也正確。

　　答案：AD

　　【例2】用絲線懸掛閉合金屬環(huán)，懸于O點，虛線左邊有勻強磁場，右邊沒有磁場。金屬環(huán)的擺動會很快停下來。試解釋這一現(xiàn)象。若整個空間都有向外的勻強磁場，會有這種現(xiàn)象嗎？

　　分析：只有左邊有勻強磁場，金屬環(huán)在穿越磁場邊界時，由于磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，于是阻礙相對運動，擺動很快停下來，這就是電磁阻尼現(xiàn)象；空間都有勻強磁場，穿過金屬環(huán)的磁通量反而不變化了，因此不產(chǎn)生感應(yīng)電流，不會阻礙相對運動。

　　（五）鞏固練習(xí)

　　1．如圖所示，一塊長方形光滑鋁板水平放在桌面上，鋁板右端拼接一根與鋁板等厚的條形磁鐵，一質(zhì)量分布均勻的閉合鋁環(huán)以初速度v從板的左端沿中線向右端滾動，則（ ）

　　A．鋁環(huán)的滾動速度將越來越小

　　B．鋁環(huán)將保持勻速滾動

　　C．鋁環(huán)的運動將逐漸偏向條形磁鐵的N極或S極

　　D．鋁環(huán)的運動速率會改變，但運動方向?qū)⒉粫�發(fā)生改變

　　答案：B

　　2．如圖所示，閉合金屬環(huán)從曲面上 h高處滾下，又沿曲面的另一側(cè)上升，設(shè)環(huán)的初速為零，摩擦不計，曲面處在圖示磁場中，則（ ）

　　A．若是勻強磁場，環(huán)滾上的高度小于 h

　　B．若是勻強磁場，環(huán)滾上的高度等于h

　　C．若是非勻強磁場，環(huán)滾上的高度等于h

　　D．若是非勻強磁場，環(huán)滾上的高度小于h

　　答案：BD

　　3．如圖所示，在光滑水平面上固定一條形磁鐵，有一小球以一定的初速度向磁鐵方向運動，如果發(fā)現(xiàn)小球做減速運動，則小球的可能是（ ）

　　A．鐵 B．木

　　C．銅 D．鋁

　　答案：CD

　　4．如圖所示，圓形金屬環(huán)豎直固定穿套在光滑水平導(dǎo)軌上，條形磁鐵沿導(dǎo)軌以初速度v0向圓環(huán)運動，其軸線在圓環(huán)圓心，與環(huán)面垂直，則磁鐵在穿過環(huán)過程中，做______運動．（選填“加速”、“勻速”或“減速”）

　　答案：減速

　　（六）作業(yè)

　　1、認(rèn)真閱讀教材。

　　2、思考并完成“問題與練習(xí)”中的習(xí)題。

　　3、收集“渦流的利用和防止”方面的資料，在課下交流。

　　（七）教學(xué)反思

　　思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實踐活動，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。

　　九、板書設(shè)計

　　一、渦流

　　當(dāng)線圈中的電流發(fā)生變化時，這個線圈附近的導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。這種電流看起來很像水的旋渦，所以叫做渦流。

　　應(yīng)用：真空冶煉爐、探雷器、安檢門。

　　二、電磁阻尼

　　導(dǎo)體在磁場中運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運動，這種現(xiàn)象稱為電磁阻尼。

　　三、電磁驅(qū)動

　　磁場相對于導(dǎo)體運動時，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運動起來，這種現(xiàn)象稱為電磁驅(qū)動。

　　十、資料袋

　　1．利用渦流加熱和熔煉金屬

　　交變電流的磁場在金屬內(nèi)感應(yīng)的渦流能產(chǎn)生熱效應(yīng)。這種加熱方法與用燃料加熱相比有很多優(yōu)點，除課本所述外還有：加熱效率高，達(dá)到50%~90%；加熱速度快；用不同頻率的交變電流可得到不同的加熱深度，這是因為渦流在金屬內(nèi)不是均勻分布的，越靠近金屬表面層電流越強，頻率越高這種現(xiàn)象越顯著，稱為“趨膚效應(yīng)”。

　　工業(yè)上把感應(yīng)加熱依頻率分為四種：工頻（50 Hz）；中頻（0.5~8 kHz）；超音頻（20~60 Hz）；高頻（60~600 kHz）。工頻交變電流直接由配電變壓器提供；中頻交變電流由三相電動機帶動中頻發(fā)電機或用可控硅逆變器產(chǎn)生；超音頻和高頻交變電流由大功率電子管振蕩器產(chǎn)生。

　　課本圖16?41畫的是無心式感應(yīng)熔爐，用途是熔煉鑄鐵、鋼、合金鋼和銅、鋁等有色金屬.所用交變電流的頻率要隨坩鍋能容納的金屬質(zhì)量多少來選擇，以取得最好的效果。例如： 5 kg的用20 kHz，100 kg的用2.5 kHz，5 t的用1 kHz乃至50 kHz.

　　感應(yīng)加熱法也廣泛用于鋼件的熱處理，如淬火、回火、表面滲碳等.例如齒輪、軸等只需要將表面淬火提高硬度、增加耐磨性，可以把它放入通有高頻交流的空心線圈中，表面層在幾秒鐘內(nèi)就可上升到淬火需要的高溫，顏色通紅，而其內(nèi)部溫度升高很少。然后用水或其他淬火劑迅速冷卻就可以了.其他的熱處理工藝可根據(jù)需要的加熱深度選用中頻或工頻等。

　　2．渦流與節(jié)能炊具電磁灶

　　我們知道，把塊狀的金屬放在變化的磁場中，或者讓它在磁場中運動時，塊狀金屬內(nèi)將產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流在金屬塊內(nèi)自成閉合回路，很像水的旋渦，叫渦電流，簡稱渦流.由于金屬電阻小，所以渦流很強，（如圖1所示）當(dāng)交流電通過導(dǎo)線時，鐵芯中就產(chǎn)生很強的渦流，這種強電流使鐵芯發(fā)熱，浪費電能.為了減少損失，電機、變壓器等通常用具有絕緣層的薄硅鋼片疊壓制成鐵芯，使回路電阻增大，減少渦流。

　　在各種電機、變壓器中，渦流是有害的，我們要采取各種辦法來減弱它，其實渦流也是可以利用的，工業(yè)上的高頻感應(yīng)爐就是利用渦流來熔化、冶煉金屬的.這種冶煉方法速度快，溫度容易控制，而且污染少，適應(yīng)冶煉特種合金和特種鋼。

　　渦流也可以應(yīng)用于生活.本文將要介紹的電磁灶就是渦流在生活中的應(yīng)用。

　　電磁灶首先把50 Hz的交流電通過橋式整流裝置改換成直流電，然后通過逆變器，轉(zhuǎn)換成15 kHz ~50 kHz的高頻電流，此高頻電流通過扁平螺旋形加熱線圈（螺旋中心有圓環(huán)形磁芯）產(chǎn)生高頻交變磁場，這個磁場的磁感線穿過非金屬灶臺面板進入烹飪鐵鍋底內(nèi)，由于電磁感應(yīng)產(chǎn)生電場，形成強大的渦流電流，發(fā)出大量的焦耳熱，達(dá)到對食物加熱的目的。

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